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Tutorium zur Einführung in
die Phonetik II
Psychoakustik
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Aktionspotential
Quelle: http://www.phonetik.uni-muenchen.de/~reichelu/kurse/perzeption/folien_perzeption_2_reichel.pdf
Depolarisation
absolute R.
relative Refraktärzeit
Zeitlicher Verlauf der Ausbildung eines Aktionspotentials:
- überschwellige Depolarisation (Positivierung des Zellinneren) bis zum
- Überschuss (Zellinneres ist gegenüber dem Zelläußeren positiv geladen)
- Repolarisation (Negativierung des Zellinneren)
- Hyperpolarisation (Ladung des Zellinneren negativer als Ruhepotential)
- relative Refraktärzeit: während Hyperpolarisation (zur Auslösung eines weiteren APs
muss erhöhte Energie aufgewendet werden)
- absolute Refraktärzeit: während De- und Repolarisierung (kein weiteres AP möglich)
=> an einem Membranabschnitt sind maximal 800 APs pro Sekunde möglich
Frequenzcodierung
a) Ortscodierung = Frequenz-Orts-Transformation
- durch Tonotopie der Basilarmembran
b) Zeitcodierung: = Frequenz-Zeit-Transformation
- durch die Feuerungsrate der aktiven Sinneszellen
=> wegen absoluter Refraktärzeit kann eine einzelne Zelle nur eine Frequenz
von höchstens 800 Hz codieren => Nervenzellen sind phasengekoppelt, d.h. sie
feuern zeitlich versetzt, sodass ihre gemeinsame Feuerungsrate der zu
codierenden Frequenz entspricht (Salventheorie)
Intensitätscodierung
Quelle: http://www.phonetik.uni-muenchen.de/~reichelu/kurse/perzeption/folien_perzeption_2_reichel.pdf
Lage- und Richtungsbezeichnungen
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Lage-_und_Richtungsbezeichnungen
Schalldruck – Lautstärke - Lautheit
- Schalldruck: physikalisch gemessen [dB]
- Lautstärke: empfundener Schalldruck [phon]
- frequenzabhängig
- bei Frequenz von 1 kHz: phon = dB
- Frequenzen kleiner und größer 1 kHz: siehe Hörfläche
=> tiefe und hohe Töne benötigen einen wesentlich höheren
Schalldruckpegel, um im Vergleich zu einem 1kHz-Ton als gleichlaut
zu erscheinen)
=> zwischen 500 Hz und 5 kHz am empfindlichsten
- Lautstärkeunterschiede können damit nicht ausgedrückt werden!
=> 80 dB werden nicht als doppelt so laut empfunden wie 40 dB
=> 80 phon werden nicht als doppelt so laut empfunden wie 40 phon
-Lautheit: Empfindung der Lautstärke
- 1 kHz Sinuston, Schalldruckpegel 40 dB und Dauer 1 sec. : 1 sone
=> bei kurzen Stimuli ist die Lautheitsempfindung zeitabhängig!
=> bei Dauern kleiner als 200 ms sinkt die Lautheit
=> kurze Töne werden leiser wahrgenommen
Ab welchem Schalldruckpegel sind folgende Frequenzen wahrnehmbar?
- Frequenz von 1 kHz:
- Frequenz von 0,5 kHz:
- Frequenz von 10 kHz:
- Frequenz von 0,05 kHz:
3 dB
ca. 5 dB
10 dB
40 db
Kurve gleicher
Lautstärke
Und ab welcher Lautstärke ?
- Frequenz von 1 kHz:
- Frequenz von 0,5 kHz:
- Frequenz von 10 kHz:
- Frequenz von 0,05 kHz:
3 dB
ca. 5 dB
15 dB
40 db
3 phon
3 phon
3 phon
3 phon
Welche Lautstärke nimmt man bei einem Sinuston der Frequenz 0,1 kHz mit
50 dB wahr?
- 40 phon
Kurve gleicher
Lautheit
Welche Lautheit nimmt man bei einem Sinuston der Frequenz 0,1 kHz mit
50 dB wahr?
- 1 sone
Um wieviel mal lauter wird ein Sinuston der Frequenz 1 kHz mit 80 dB
empfunden als einer von 40 dB?
- ca. 15 mal
Zusammenhang Lautstärke - Lautheit
Quelle: http://www.phonetik.uni-muenchen.de/~reichelu/kurse/perzeption/folien_perzeption_4_reichel.pdf
Anmerkung: JND
- JND = just noticable difference: Wie groß muss die messbare Differenz von zwei
Reizen sein, damit ein Unterschied wahrgenommen wird?
 je höher die JND, desto kleiner die Diskriminationsfähigkeit
(wenn die Differenz zwischen zwei Reizen groß sein muss, um einen Unterschied
zwischen den beiden wahrzunehmen, haben wir Schwierigkeiten, diese zwei Reize zu
unterscheiden (geringe Diskriminationsfähigkeit))
Tonhöhe - Tonheit
-Tonheit abhängig von Frequenz, Dauer und Lautstärke
a) Frequenz:
- ≤ 1 kHz konstant JND von ca. 3 Hz
- > 1 kHz progressiv ansteigende JND
(d.h. wenn ein Reiz eine Frequenz kleiner als 1 kHz hat, reicht eine Erhöhung um 3 Hz,
um ihn als höher wahrzunehmen
- bei einer Frequenz über 1 kHz müssen wir die Frequenz immer mehr erhöhen,
um einen Tonhöhenunterschied wahrzunehmen)
b) Lautstärke und Dauer:
(d.h. wenn ein Ton leise oder kurz ist, müssen wir die Frequenz stärker erhöhen als bei
lauten oder langen Tönen, um einen Tonhöhenunterschied wahrzunehmen:
Beispielsweise können zwei Sinustöne bei einer Lautstärke < 20 phon als gleich hoch perzipiert
werden, während sie über 20 phon als unterschiedlich hoch wahrgenommen werden.)
Quelle: http://www.phonetik.uni-muenchen.de/~reichelu/kurse/perzeption/folien_perzeption_5_reichel.pdf
Tonheitsskalen
=> ein Sinuston mit 2 kHz wird nicht als doppelt so hoch empfunden wie ein
Sinuston mit 1 kHz! => logarithmische Codierung auf der Basilarmembran
- Tonhöhe: [Hz]
- Tonheit: [mel], [Bark], ERB
- 1 kHz Sinuston, Schalldruckpegel 40 dB: 1000 mel
- 100 mel = 1 Bark
Beispiele:
- 2000 mel wird als doppelt so hoch empfunden wie 1000 mel
- 8 Bark wird als doppelt so hoch empfunden wie 4 Bark
Warum Bark?
- Ohr nimmt Frequenzen als „Verarbeitungseinheiten“ (Gruppen) wahr
- Bestimmung der Frequenzgruppen:
innerhalb einer Frequenzgruppe kommt es zu Interferenzen bei der spektralen
Verarbeitung, beispielsweise in Form von Maskierung spektraler Komponenten
durch andere. Über Frequenzgruppen hinweg treten keine Maskierungseffekte
auf.
- Bandbreiten der Frequenzgruppen:
bis 500 Hz konstant bei 100 Hz, bei höheren Frequenzen Anstieg der Breite
proportional zur Frequenz
- Bestimmung der Frequenzgruppenskala in Bark:
durch Aneinanderreihung derjenigen Frequenzgruppen, die sich gerade nicht
mehr überlappen. Bei benachbarten Frequenzgruppen ist also die obere
Grenzfrequenz der einen gleich der unteren Grenzfrequenz der anderen.
Quelle: http://www.phonetik.uni-muenchen.de/~reichelu/kurse/perzeption/folien_perzeption_5_reichel.pdf
Zusammenhang [Hz] - [mel] - [Bark] - Basilarmembran
=> linearer Zusammenhang von [mel], [Bark] und Basilarmembran
=> bis 500 Hz: linearer Zusammenhang von [Hz] und Basilarmembran
=> über 500 Hz: logarithmischer Zusammenhang von [Hz] und Basilarmembran
Zusammenhang [Hz] - [mel]
durchgezogene Linie: Tonheit (in mel) als Funktion der Frequenz (in kHz).
Zusammenhang bis ca. 500 Hz linear, darüber logarithmisch.
(aus Zwicker, 1982)
Zusammenhang [Bark] - Lautheit
- Innerhalb einer Frequenzgruppe werden die Lautstärken der Sinustöne
addiert. Die Summe lässt sich in einen Lautheitswert überführen
- Zur Lautheitsempfindung des komplexen Schalls werden die Lautheiten
der einzelnen Frequenzgruppen addiert.
Psychoakustische Methoden
1. Grenzverfahren
2. Herstellungsverfahren
3. Konstanzverfahren
- AX-Experiment
- AXB-Experiment